Kas aasta kosmoses muudab teid vanemaks või nooremaks?


NASA kaksikute uuringu tulemused, mis toimusid aastatel 2015-2016, avaldati 11. aprillil 2019 ajakirjas Science . NASA ütles, et 10 uurimisrühma tööd hõlmav paber "... sisaldab huvitavaid, üllatavaid ja rahustavaid andmeid selle kohta, kuidas üks inimkeha kohanes kosmose ekstreemse keskkonnaga ja toibus sellest."

Autor Susan Bailey, Colorado Riiklik Ülikool

Igapäevane elu rahvusvahelise kosmosejaama pardal liigub kiiresti. Väga kiire. Liikudes kiirusega umbes 17 000 miili tunnis, 300 miili kõrgusel Maast, jälgivad astronaudid igal päeval 16 päikesetõusu ja loojangut, hõljudes kastis koos käputäie inimestega, kellest nad ellujäämiseks sõltuvad.

Maast kaugemale jääva elu futuristlike nägemuste jaoks pole vaja vaadata kaugemale sellistest Hollywoodi plokkflöötidest nagu “Marsi”, “> Gravitatsioon” ja “Interstellar”, kuna me julgeme minna kosmosesse pikemaks ja sügavamale. Kuidas on lood inimkeha reageerimisega reaalajas toimuvatele kosmoselendudele - millised on tervisemõjud? Kas kosmosereisijad vananevad erineva tempoga kui meie Maa peal? Kuidas me kosmosekeskkonnaga kohanemisvõimelised oleme?

Kas kosmose kaksik Scott ja Maa kaksik Mark pole enam identsed? Pilt Robert Markowitzi kaudu / NASA.

Kindlasti valmistavad need muret NASA-le. Kuidas kosmosereisid ja pikaajalised missioonid võivad inimkeha muuta ning kas need muutused on püsivad või pöörduvad, kui astronaudid Maale naasevad, on suuresti teadmata. Võimalus uurida neid intrigeerivaid küsimusi tekkis identsete kaksikute astronautide Scott ja Mark Kellyga.

2012. aasta novembris valis NASA oma esimese üheaastase missiooni jaoks astronaudi Scott Kelly. Vahetult pärast seda toimunud pressikonverentsil vihjas Scott, et see missioon võib anda võimaluse võrrelda tema kehas elava kosmose mõju oma Maakeral elava identse kaksikvenna Mark Kellyga, kes oli olnud ka astronaut ja endine mereväe testpiloot. Tähelepanuväärselt olid Kelly kaksikud sarnase looduse (geneetika) ja turgutajaga (keskkond) isendid ning nii sündis täiuslik kosmoseeksperiment - tähtedena „kosmose kaksik ja Maa kaksik”. Scott veedaks aasta kosmoses rahvusvahelise kosmosejaama pardal, samal ajal kui tema identne kaksikvend Mark jääks Maa peale.

NASA kaksikute uuring kujutab endast kõige ulatuslikumat vaadet inimkeha reageerimisele kosmoselendudele, mis kunagi läbi viidud. Tulemused suunavad tulevasi uuringuid ja isikupäraseid lähenemisviise üksikute astronautide tervisemõjude hindamiseks aastaid.

Colorado osariigi ülikooli vähibioloogina uurin kiirgusega kokkupuute mõju inimese rakkudele. Kaksikute uuringu osana huvitas mind eriti see, kuidas telomeerideks nimetatud kromosoomide otsi ruumis aasta võrra muudeti.

Päev enne seda, kui astronaut Scott Kelly jõuab kosmoses kuuekuulise tähiseni, räägib ta ISS-i pardalt otse vasakult John Hughsi, tema kaksikvenna Mark Kelly ja astronaudi Terry Virtsiga paremal. Pilt NASA / Bill Ingallsi kaudu.

Kosmoseelu tervisemõjude kiusamine

NASA esitas väljakutse ja valis kaksikute uuringu jaoks kümme eelretsenseeritud uurimist kogu riigist. Uuringud hõlmasid molekulaarseid, füsioloogilisi ja käitumuslikke abinõusid ning esmakordselt astronautide jaoks omikoloogiapõhiseid uuringuid. Mõned meeskonnad hindasid kosmose mõju genoomile - raku kogu DNA komplemendile (genoomika). Teised meeskonnad uurisid, millised geenid sisse lülitati, ja produtseerisid molekuli nimega mRNA (transkriptoomika). Mõned uuringud keskendusid sellele, kuidas keemilised modifikatsioonid - mis ei muuda DNA koodi - mõjutasid geenide regulatsiooni (epigenoomika). Mõned teadlased uurisid rakkudes toodetud valke (proteoomika), teised aga ainevahetuse saadusi (metaboomika).

Samuti tehti uuringuid, kus uuriti, kuidas kosmosekeskkond võib muuta mikrobiome - meie kehas ja kehal elavate bakterite, viiruste ja seente kogumit. Ühes uuringus vaadeldi gripivaktsiini immuunvastust. Teised meeskonnad otsisid Scotti bioloogilistest proovidest ateroskleroosi ja kehas ülespoole liikuva vedeliku nihke biomarkereid mikrogravitatsiooni tõttu, mis võivad mõjutada nägemist ja põhjustada peavalu. Kognitiivset jõudlust hinnati ka spetsiaalselt astronautidele mõeldud arvutipõhiste tunnetustestide abil.

Enne üheaastast missiooni, selle ajal ja pärast seda võeti kaksikutelt korduvalt üle 300 bioloogilise proovi - väljaheite, uriini ja vere.

Kelly kaksikud on kahtlemata üks kõige profiilisemaid paare - nii meie planeedil kui ka väljaspool. Nad on ka üks kõige rohkem küsitletud. Üks sageli küsitav küsimus on see, kas Scott naaseb kosmosest, mis on noorem kui Mark - olukord, mis meenutab tähtedevahelist või Einsteini nn target = ”_ blank” Twin Paradox. Kuid kuna ISS ei liigu meie suhtes valguse kiiruse lähedal kuskil, aja laienemine - või liikumise tõttu aja aeglustumine - on väga minimaalne. Seega oleks vendade igasugune vanusevahe vaid mõni millisekund.

Isegi sellisel juhul on kosmoselendudega seotud vananemise küsimus ja sellega kaasnevad vanusega seotud haiguste nagu dementsus, südame-veresoonkonna haigused ja vähk - missiooni ajal või pärast seda - oluline küsimus ja see, mille eesmärk oli meie uurimusega otse tegeleda telomeeri pikkusest.

Telomeerid on DNA kaitsvad sektsioonid kromosoomide tipus. Inimeste vananedes muutuvad telomeerid lühemaks. Pilt Vectormine / Shutterstock kaudu.

Telomeerid on kromosoomide otsad, mis kaitsevad neid kahjustuste ja "lagunemise" eest - sarnaselt kingapaela otsaga. Telomeerid on olulised kromosoomi ja genoomi stabiilsuse säilitamiseks. Kuid telomeerid lühenevad loomulikult meie rakkude jagunemisel ja vananedes. Telomeeride aja jooksul lühenemise kiirust mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas oksüdatiivne stress ja põletik, toitumine, füüsiline aktiivsus, psühholoogilised stressid ja keskkonnaga kokkupuutumine, nagu õhusaaste, UV-kiirgus ja ioniseeriv kiirgus. Seega peegeldab telomeeri pikkus inimese geneetikat, kogemusi ja kokkupuudet ning on üldise tervise ja vananemise informatiivsed näitajad.

Telomeerid ja vananemine

Meie uuring pakkus välja, et ainulaadsed stressid ja maailmast väljas olevad kokkupuuted, mida astronaudid kogevad kosmoselennu ajal - näiteks isoleerimine, mikrogravitatsioon, kõrge süsinikdioksiidi tase ja galaktilised kosmilised kiired - kiirendavad telomeeri lühenemist ja vananemist. Selle testimiseks hindasime telomeeri pikkust vereproovides, mis saadi mõlemalt kaksikult enne üheaastast lähetust, selle ajal ja pärast seda.

Scott ja Mark alustasid uuringut suhteliselt sarnase telomeeri pikkusega, mis on kooskõlas tugeva geneetilise komponendiga. Ka ootuspäraselt oli Maaga seotud Marki telomeeride pikkus uuringu jooksul suhteliselt stabiilne. Kuid palju meie üllatuseks olid Scotti telomeerid igal ajahetkel ja igas kosmoselennu ajal testitud proovis märkimisväärselt pikemad. See oli täpselt vastupidine sellele, mida me ootasime.

Veelgi enam, kui Scotti naasis Maale, lühenes telomeeri pikkus kiiresti, seejärel stabiliseerus järgmiste kuude jooksul peaaegu lennueelsete keskmisteni. Vananemise ja haigusriski seisukohast oli tal pärast kosmoselende palju rohkem lühikesi telomeere kui varem. Meie ülesanne on nüüd välja mõelda, kuidas ja miks sellised kosmoselendude spetsiifilised nihked telomeeri pikkuse dünaamikas aset leiavad.

Meie leiud on asjakohased ka maapealsete elanike jaoks, kuna me kõik vananeme ja areneme vanusega seotud tingimustele. Need kaksikute uuringu tulemused võivad anda uusi vihjeid kaasatud protsessidesse ja seeläbi parandada meie arusaamist sellest, mida me võiksime teha nende vältimiseks või tervise pikendamiseks.

Pikaajalise kosmoselennu pikaajalisi tervisemõjusid ei ole veel kindlaks tehtud, kuid TWINSi uuring tähistab olulist sammu inimkonna teekonnal Kuule, Marsile ja kaugemale… ning ulmekirjanduse teaduslikuks muutmiseks.

Colorado osariigi ülikooli kiirgusvähi bioloogia ja onkoloogia professor Susan Bailey

See artikkel on avaldatud väljaandes The Conversation Creative Commonsi litsentsi all. Lugege algset artiklit.

Alumine rida: NASA kaksikute uuringus saavad tulemusi kaks astronaut Kelly venda.